基于时间着色Petri网的SIP协议验证与分析

随着SIP(Session Initiation Protocol)被3G通信选择为下一代移动网络的会话控制机制,保证SIP协议设计和实现无缺陷、运行稳定可靠成为SIP协议应用过程中亟需研究和解决的关键问题。充分利用时间着色Petri网(Timed Colored Petri Nets,TCPN)在描述和分析具有复杂交互行为及时间约束的系统方面的优势,给出了SIP协议的层次TCPN模型,并集成多种模型分析技术,完成SIP协议设计的正确性验证;同时通过正则表达式完成协议模型的生成路径分析,指出其中存在的死锁状态并分析原因。提出了相应的协议设计改进方案,验证了设计方案的正确性,从而有效增强了SIP协议在实际应用中的可行性和可靠性。

基于层次时间着色Petri网的飞机总装生产线建模

为了实现飞机总装生产线精确建模和提高建模效率,提出层次时间着色Petri网(Hierachical Timed Color Petri Net,HTCPN)多层级理论模型,定义了HTCPN层次化建模方法。针对某飞机总装生产线站位划分的多层级、多粒度特点,利用CPN Tools工具对A1、A2和A3三种型号飞机总装配过程进行HTCPN建模,根据交货期前后设置优先级,并在每个站位的装配过程中嵌套质量检测模型。最后对模型进行10次仿真,统计平均作业时间分别为78.4、93.2、102.4 h,产品总收益率为82.7%。

改进的油田配电调度工作流时间着色Petri网模型

针对由电网规模的日渐增加所引起的海量信息和数据的处理变得异常困难的问题,建立基于时间着色Petri网的配电调度工作系统。改进了电力审批工作流模型,给出其Petri网时间着色模型,利用可达图与状态方程对改进的时间着色Petri网的静态性能和动态性能进行分析,建立配电网规则信息库。在采油厂配电调度工作中的应用结果表明,改进的Petri网是有界的,避免了死锁和陷阱,变迁是"活的",不存在冗余现象,可以顺利执行工作任务。利用时间着色Petri网对配电调度工作流进行分析建模,建立电网操作规则关系型数据库,实现操作中的信息共享是可行的。

基于时间着色Petri网的建筑火灾疏散系统建模与仿真

为缓解建筑火灾疏散时间长且效率低问题,基于时间着色Petri网的理论,针对某建筑的结构特点进行建模并进行性能分析。通过算法计算与分析,合理规划不同类型人员的不同疏散通道选择,并对模型进行时间模拟仿真,提高建筑内人员疏散效率。提出带有建筑火灾疏散因素的管理疏散方法,增加相关的颜色集和时间戳,并在原模型中融入算法计算,模拟火灾疏散时间,并提出不同类别人员疏散引导的方案。达到疏散用时更短、效率更高、伤亡率更低的目标。实验结果表明,相比于其他模型,融入管理疏散算法的时间着色Petri网模型,人员平均疏散时间降低6.9 s,具有较高疏散效率。

带有时间戳的着色逻辑Petri网

针对扩展着色逻辑Petri网存在的表达能力弱以及适用范围窄的问题,提出了一个新的Petri网模型,即带有时间戳的着色逻辑Petri网。首先,将颜色进行实例化以及将变量用于构建有向边上的表达式使得模型能够传递复杂的数据流。其次,引入全局时间以及令牌的时间戳等概念为变迁使能规则增加时间上的约束,使得模型能够用于模拟实时系统。再次,定义库所约束函数并为变迁使能规则增加输出库所上的约束,使得模型能够适用于存储资源有限的场景。接着,提出基于逻辑变迁输入输出矩阵的匹配法,降低逻辑输入变迁的使能判定计算开销并简化逻辑输出变迁的使能判定计算过程。然后,重新定义适用于三类变迁的使能判定条件以及适用于三类库所的标记更新方法,解决原有模型语义在新模型中不适用的问题。最后,通过实例说明新的Petri网模型具有更强的表达能力和适用范围,它能够适用于传递复杂数据流、存储资源有限、实时的且包含批处理选择结构的系统。

基于优先级时间Petri网的实时嵌入式多核系统分析

已有的基于点区间优先级时间Petri网分析实时嵌入式多核系统的工作,存在以下不足:(1)点区间优先级时间Petri网只考虑每个任务的执行时间是一个固定值的情况,而更多的实际应用中每个任务的执行时间是在一个区间范围内,因此不能模拟这些应用;(2)没有实现从任务依赖图到点区间优先级时间Petri网的自动转化,不便于工程设计人员使用;(3)没有考虑任务间互斥访问共享变量的情况.为此,定义了优先级时间Petri网(Pri-TPN)以弥补第1个不足;定义带有资源分配与优先级的任务依赖图(TDG-RAP)以弥补第3个不足;给出从TDG-RAP到Pri-TPN的转化规则与算法以弥补第2个不足,以及基于Pri-TPN分析任务最坏执行时间与系统死锁的算法;开发工具软件,方便工程设计人员使用.

基于NSGA-II的着色Petri网维修任务资源分配

针对民用飞机在设计维修任务过程模型时主要关注维修拆卸流程中的顺序问题,但是缺乏对维修资源分配问题的分析。提出了一种基于NSGA-II的着色Petri网维修资源分配方法,以提高民用飞机维修任务过程的维修效率并降低维修成本。该方法利用着色Petri网工具建立维修任务过程模型,实现对维修过程的可视化,使得维修任务设计人员分析整个维修过程,确定维修顺序与维修资源的从属关系。其次,建立了以最大化维修效率和最小化维修成本为多目标的优化模型,并运用NSGA-II算法对最优维修过程进行求解,实现维修任务的最优化维修资源分配。通过大气数据模块的维修任务拆卸实例,验证了本文方法的有效性,可避免资源重复分配,提高维修任务过程效率,降低维修成本。该方法在实际应用中具有较高的实用性和参考价值。

基于时间Petri网的电-气综合能源系统薄弱环节辨识

为有效辨识电-气综合能源系统薄弱环节,防止级联性重大事故,提出一种基于时间Petri网的电-气综合能源系统薄弱环节辨识方法。利用Petri网对系统做抽象化建模,确定故障源的关联区域子系统,并构建基于级联故障路径的时间Petri网模型,描述电-气系统故障传播的动态特性和时序差异,将级联危害评价计算融入到Petri网的运行过程中,寻找引发级联失效的关键环节,以IEEE30节点和25节点天然气系统组成的电-气耦合系统仿真分析,验证所提方法的有效性。

基于时间着色Petri网的OpenFlow协议建模研究

介绍了Hierarchy CPN的相关定义,然后对OpenFlow协议进行了基于时间着色CPN建模.在建模过程中,详细考虑了Token Colour的选取与相关变量的定义,并考虑了时间属性,针对建模的性能进行了分析.执行上述模型并进行验证分析,得出变迁发生次数与所需时间基本符合稳态分布这一事实,满足预期的要求.对所构建模型进行自定义查询分析,依据模型活性、死锁、可达性等特性构建相应的抽象路径,用于指导抽象测试例的生成.

基于着色时间Petri网的工业火灾应急响应行动建模与性能分析

为了更好地评估应急响应行动的性能,保证应急响应行动高效、可行,研究应急响应行动的建模与分析方法。首先,考虑应急响应行动的时间和各行动间的关系,提出一种基于着色时间Petri网的应急响应行动建模与性能分析方法;其次,通过CPN Tools工具建立工业火灾应急响应行动的Petri网模型,分析应急响应的时间规律;最后,基于该模型构建同构马尔可夫链,分析应急响应行动的性能。结果表明,工业火灾应急响应时间服从对数正态分布函数;将其应用于车间火灾实例,表明该方法有效、可行。

基于着色时间Petri网的工作流模型及其性能分析

为了将着色时间Petri网的并行式工作流模型应用于产品数据管理系统,在工作流建模阶段对工作流的静态和动态结构性能加以分析·采用活动扫描法作为工作流系统行为的仿真策略,研究了工作流模型到着色时间工作流网模型的转换过程·给出了用可达图检验工作流程中是否存在死锁和陷阱的判定定理·以一种循环组件的或分支跳出并行流程的审批工作流为例,对论述的定理和方法进行了分析和验证·

基于着色Petri网的铁路时间同步协议建模及安全性分析

针对Autokey模型的铁路时间同步协议安全性问题,提出利用着色Petri网对协议进行安全性分析。剖析Autokey模型的铁路时间同步协议序列及其执行流程;重点针对其认证阶段,分别构建正常认证和加入中间人入侵的着色Petri网模型,分析中间人入侵时协议认证过程的不安全状态,建立模型状态方程;应用逆向状态分析法对铁路时间同步协议认证过程的安全性进行分析,得到中间人在认证阶段攻击协议的实施序列。研究结果表明:基于Autokey模型的铁路时间同步协议的认证过程是不安全的。

基于着色时间Petri网的装备维修资源确定方法

科学的确定装备维修资源对提高部队装备保障能力和战斗力具有重要的现实意义。针对以往确定维修资源方法中所存在的问题,在介绍着色时间Petri网基本原理的基础上,提出了一种基于着色时间Petri网的维修资源确定方法。阐述了通过着色时间Petri网来描述维修作业的时序关系和维修资源的种类关系,绘制装备维修的Petri网络图,构建关联矩阵和进行相关计算得到维修资源的基本思路和步骤。最后结合实例进行分析,结果表明该方法是有效的,具有较高的使用价值。

基于着色Petri网的地铁系统运营期应急管理流程建模与分析

为解决现有地铁应急预案中文本式管理流程难以直观展现各环节的联动性问题,以系统分析视角梳理我国地铁系统一般应急管理流程,基于着色Petri网理论构建地铁系统运营期应急流程模型;运用CPN Tools软件构建应急流程的CPN模型,验证模型的可行性;以可达树算法同构的马尔科夫链计算地铁系统着色Petri网模型的性能指标,识别流程的关键节点,并以实际算例数据为基础进行仿真分析。研究结果表明:构建的模型具有有界性和活性;该地铁系统运营期应急流程的关键节点为“接警”、“判断突发事件级别”及“判断事态控制情况”,研究结果可为应急管理流程优化提供借鉴。

一种基于带标签时间约束Petri网扩展可达图的数据流通合规性检测

随着社会制度的不断完善和法律法规的不断健全,企业的经营管理流程面临越来越多的合规性检测要求。利用带标签的时间约束Petri网(LTCPN)模型描述数据流通过程中所遵循的法律法规及行业规则。为了支持更多维度的规则表达,首先需要基于LTCPN可达图构造扩展可达图GNR,然后根据含时间戳的事件日志自动生成实际数据流通模型GNP。通过检测GNP|=GNR是否成立来判断基于含时间戳的事件日志的数据流通过程是否符合LTCPN描述的规则规范。针对语义信息不明的流程模型合规性检测问题,利用图的点与边连接结构是否相同来检测事件语义无关的功能性属性是否合规。对于语义信息明确的流程模型,可以通过节点或边的语义信息有效减少检测过程中探索的状态空间数量,同时可以进一步丰富合规性检测的非功能性属性检测。通过实验验证了该方法在进行合规性检测方面的可行性。

基于着色时间Petri网的实时系统的形式验证

嵌入式实时系统多数应用在安全性要求较高的场合,因此需要保证系统的正确性。复杂性不断增加的实时系统迫切需要在系统开发早期引入形式化分析技术来验证系统的期望性质。时间Petri网是有严格数学基础的图形表达工具,适合对实时系统建模;时间自动机(Timed Automata,TA)有成熟的验证工具,被广泛用于实时系统的模型检验和验证。本文提出一种基于着色时间Petri网(Colored Time Petri Net,CTPN)的实时系统的验证方法,用CTPN对带有控制流和数据流的实时系统建模,通过转换规则将CTPN模型转换成语义等价的TA模型,利用模型检验工具UPPAAL验证系统的性质。最后,用实例证明此方法有效。

智能小区电能调度系统的着色时间Petri网建模

智能电网是物联网的重要应用之一,智能小区的电能调度系统是智能电网的重要内容。文中以节约能源、合理配电为目标,研究智能小区电能调度问题,采用着色时间Petri网对智能小区电能调度系统的工作流进行建模。给出了用电活动的语义,建立了常规电能调度模型、中心式电能调度模型、分布式电能调度模型,并通过分析说明了所建模型的有效性。

基于着色时间Petri网的航班保障服务建模方法

航班地面保障过程的定量描述以及保障服务时间的准确估计是提升机场保障服务效率的关键。通过分析航班地面保障服务实际作业流程,提出了一种基于着色时间Petri网的航班地面保障服务定量描述模型。该模型将保障服务分为作业、状态、资源3部分,利用着色时间Petri网基本元素描述保障作业、作业逻辑关系、服务状态及其与保障作业的关系,根据该模型设计了一种基于蒙特卡罗仿真的保障服务时间估算方法。利用国内某大型枢纽机场实际航班保障服务时间数据与本文提出的方法估计保障时间数据估算误差进行分析验证,表明本文提出方法对航班地面保障服务时间估计的可行性和有效性。

基于着色时间Petri网的多组合设备建模技术研究

模块化组合设备(cluster tool)是晶圆制造过程中的一种典型的集成化设备,设备配置的复杂程度由晶圆加工工艺方案决定。针对这一特点,研究了多组合设备(Multi-cluster tool)系统的Petri网建模问题。本文对晶圆加工多组合设备的加工流程进行了分析,提出了一种多组合设备系统的分解方法,并构建了多组合设备系统的着色时间Petri网模型。

基于着色时间Petri网的项目进度制定与优化

着色时间Petri网具有网络图、时间、着色令牌的三重特性,能够充分表达项目进度计划中的工序流程、工序工期以及资源的约束,可为资源约束下进度计划的制定与优化提供更为便捷、有效的方法工具。本文从着色时间Petri网的定义出发,给出了基于着色时间Petri网的项目进度计划描述方法;引入了资源调控层,给出了项目进度执行过程中资源的注入、分配和释放规则,实现了进度计划的仿真优化。